La microscopia a contrasto di fase (PCM) è una tecnica di microscopia ottica che converte i cambiamenti di fase nella luce che passano attraverso un campione trasparente a cambiamenti di luminosità nell'immagine. I cambiamenti di fase stessi sono invisibili, ma diventano visibili se mostrati come variazioni di luminosità.
Quando le onde luminose viaggiano attraverso un mezzo diverso da un vuoto, l'interazione con il mezzo fa sì che l'ampiezza delle onde e la fase cambino in un modo dipendente dalle proprietà del mezzo. I cambiamenti nell'ampiezza (luminosità) derivano dallo scattering e dall'assorbimento della luce, che spesso dipende dalla lunghezza d'onda e può dare origine ai colori. L'attrezzatura fotografica e l'occhio umano sono solo sensibili alle variazioni di ampiezza. Senza accordi speciali, le variazioni di fase sono quindi invisibili. Tuttavia, i cambiamenti di fase spesso trasmettono informazioni importanti.
Il principio di base per apportare i cambiamenti di fase visibili nella microscopia a contrasto di fase è quello di separare la luce illuminante (sfondo) dalla luce dispersa del campione (che costituisce i dettagli in primo piano) e di manipolarli in modo diverso.
La luce illuminante a forma di anello (rappresentata in verde in figura) che passa l'annulus del condensatore è focalizzata sul campione dal condensatore. Parte della luce illuminante è sparsa dal campione (giallo). La luce rimanente non è influenzata dal campione e forma la luce di sfondo (rossa). Quando si osserva un campione biologico non macchiato, la luce sparsa è debole e tipicamente spostata di fase di -90 gradi (a causa sia dello spessore tipico dei campioni sia della differenza di indice di rifrazione tra tessuto biologico e mezzo circostante) rispetto alla luce di fondo. Ciò porta al primo piano (vettore blu in figura di accompagnamento) e sfondo (vettore rosso) con quasi la stessa intensità, con conseguente basso contrasto di immagine.
In un microscopio a contrasto di fase, il contrasto dell'immagine è aumentato in due modi: generando interferenze costruttive tra raggi di luce sparsi e di fondo nelle regioni del campo visivo che contengono il campione e riducendo la quantità di luce di sfondo che raggiunge il piano dell'immagine. [4] Innanzitutto, la luce di sfondo viene spostata di fase di -90 gradi passandolo attraverso un anello di spostamento di fase, che elimina la differenza di fase tra lo sfondo e i raggi di luce sparsi.
Quando la luce è quindi focalizzata sul piano dell'immagine (in cui è posizionata una telecamera o un oculare), questo spostamento di fase provoca sfondo e raggi di luce sparsi originati da regioni del campo visivo che contengono il campione (cioè il primo piano) per interferire costruttivamente, con conseguente aumento della luminosità di queste aree rispetto alle regioni che non contengono il campione. Infine, lo sfondo è dimmerato ~ 70-90% da un anello del filtro grigio; Questo metodo massimizza la quantità di luce sparsa generata dalla luce di illuminazione, minimizzando la quantità di luce di illuminazione che raggiunge il piano dell'immagine. Parte della luce sparsa che illumina l'intera superficie del filtro sarà spostata e dimessa dagli anelli, ma in misura molto minore della luce di sfondo, che illumina solo gli anelli di filtro a spostamento di fase e grigio.
Quanto sopra descrive il contrasto di fase negativo. Nella sua forma positiva, la luce di sfondo è invece spostata in fase di +90 grado. La luce di sfondo sarà quindi fuori fase di 180 gradi rispetto alla luce sparsa. La luce sparsa verrà quindi sottratta dalla luce di sfondo per formare un'immagine con un primo piano più scuro e uno sfondo più chiaro.
